磷酸二铵的制备

发布日期:2018/10/29 11:40:00

背景及概述^[1][2]

磷是人体必需的元素之一。磷酸盐作为重要的食品配料和功能性添加剂已经广泛地应用于加工禽肉制品、水果制品、蔬菜制品、乳制品、豆制品、焙烤食品、海产品和方便食品。目前，食品级以上磷酸盐的制造通常是以热法磷酸为原料进行生产的，其中，热法磷酸对原料(矿石)品位的要求较高，并且其制备过程能耗高、污染大，工艺的成本居高不下；而湿法磷酸因含有较多的杂质，如硫酸盐、有机化合物、砷、铅和其他金属离子等，必须有效去除或降低这些杂质的含量才能进行应用。

磷酸氢二铵又称二代磷酸铵。无色或白色单斜晶系晶体或结晶性粉末。有氨气味。有清凉咸味。相对分子质量132.06。相对密度 1.619。熔点155℃(分解)。折射率1.53。不溶于乙醇、丙酮，溶于水：0℃时42.9、10℃时62.8、20℃ 时69.0、30℃时75.2、40℃时81.8、50℃时 89.2、70℃时106.0。5%的水溶液pH=7.8～8.3。在空气中逐渐失去氨变成磷酸二氢铵。高于熔点(216℃)时分解，失去水和氨，转变为偏磷酸铵(NH₄PO₃)和磷酸的混合物。

磷酸氢二铵是一种很受欢迎的氮、磷复合肥料，有效成分浓度高，不易吸湿结块，几乎适用于所有土壤和作物。美国磷肥工业部门已大量生产。美国西部地区焦化厂用纯度高的电炉法磷酸吸收焦炉煤气中氨制造的磷酸氢二铵复合肥料，其含氮为21%，含五氧化二磷为53%。磷酸氢二铵在美国为焦炉煤气净化产品之一。中国焦化厂尚无此产品。磷酸氢二铵在工业上可用作织物和纤维的阻燃剂、发酵工业的培养液、食品添加剂和饲料添加剂、印染业的酸化剂和消防用的干粉灭火剂配料等。

质量标准

用途^[3]

1. 用作反刍动物的饲料添加剂。

2. 食品工业中用作食品膨松剂、面团调节剂、酵母食料及酿造用发酵助剂，可用作缓冲剂。

3. 用作分析试剂，如pH缓冲剂，镁、锌、镍等沉淀剂，电化学分析中的支持电解质，还用作浸种剂，腐蚀抑制剂，配制培养基试剂。

4. 用于织物、纸张、木材和植物纤维的阻燃处理；灯芯的浸渍处理，以增加其耐用性；火柴点燃后的自熄火处理。可用作干粉灭火剂和荧光灯中的磷素，锡、铜、青铜和锌的焊接熔料，酵母的培养养料。用于糖的精制(净化)过程。在印染行业用于毛织物的铬染。农业上用作肥料。此外，还用于印刷制版业、制药业、电子管制造业及陶瓷与搪瓷业等。

制备^[3][4]

用热法磷酸和液氨反应或萃取磷酸与液氨反应的中和法生产磷酸氢二铵是目前工业生产的主要方法，前者产品纯度高、工艺过程较简单；后者利用湿法萃取磷酸，成本低廉。

1. 热法磷酸中和液氨法

将磷酸用水稀释(水：磷酸=1.3：1)成稀磷酸，经计量后加入带有搅拌和夹套的搪瓷反应罐中，在搅拌下，由圆管氨气分布器通入氨气进行中和反应，待中和至反应液pH为8～9时趁热过滤，然后送入冷却结晶器，经冷却析出结晶，离心分离母液后经干燥制得磷酸氢二铵成品。其反应方程式为：

离心分离的母液送入除铁器中加硫化铵除铁，过滤后，滤液经浓缩，送至精调罐中，通入氨气精调pH至8～9后返回冷却结晶器。工艺流程如图：

2. 萃取磷酸中和液氨法

萃取磷酸加入一定量的过氧化氢，使磷酸溶液中的二价铁氧化，将磷酸送人管式混合反应器中与氨气进行中和反应，经二段反应使pH达8.0左右，经板框压滤机过滤后，滤液送人精调罐中调节pH至7.8—8，送入蒸发器蒸发浓缩至相对密度1.3，放入冷却结晶器，冷却后的结晶液经离心分离、干燥，制得磷酸氢二铵成品。其反应方程式为：

经板框压滤机过滤后的残渣用水洗涤，洗液和母液合并送入反应液贮罐中酸调，经过滤除去杂质再循环使用。水洗后的残渣经干燥后含五氧化二磷35％、氨5％，是一种肥效较高的复合肥料。

3. 以湿法磷酸为原料生产饲料用磷酸氢二铵

生产过程要经两步脱氟，三段氨化，和磷酸三铵热解为饲料用磷酸氢二铵。其生产成本比以黄磷为原料的方法低。湿法磷酸法将含20％～30％P₂O_5，1.2％ -2％的萃取磷酸，经气体净化系统送人反应装置中，经过三段氨化使杂质形成易过滤的沉淀物，把沉淀物经压滤机分离，滤液为含P₂O₅<15％、SO4^2-为2.5％-3％和固体悬浮物约1％的磷酸二铵溶液。

为了进一步除去溶解的杂质和部分固体悬浮物，将滤液送入另一个反应装置中通氨饱和，再放人冷却结晶器中冷却结晶，生成磷酸三铵结晶。经锥形沉降槽使结晶与母液分离，再经离心脱水，把结晶放人沸腾炉热解为磷酸氢二铵，经干燥，制得饲料用磷酸氢二铵成品，其反应方程式为：